中央空调系统变频节能改造方案

中央空调系统变频节能改造方案 目 录 1中央空调变频节能方案介绍.2 1.1 变频节能原理.2 1.2 中央空调节能空间.3 1.2.1 设计余量.3 1.2.2 末端的负荷变化.3 1.2.3 水泵和风机定流量控制方式.3 2中央空调水泵变频控制.4 2.1 冷冻泵、冷却泵主回路设计.4 2.2 冷冻水泵控制电路设计.5 2.3 冷却水泵控制电路设计.5 3中央空调末端风柜变频控制.6 3.1 风机变频主回路设计.6 3.2 风柜变频控制电路设计.6 3.3 风柜节能改造前后比较.7 4节能设备选型.8 4.1 变频器的选用.8 4.1.1 科创力源变频器具备如下特点.8 4.2 温差控制器的选用.8 4.3 温度传感器的选用.9 5中央空调系统进行变频改造的优点.9 6 附件：节能改造设备配置.10 表一：系统改造设备统计.10 表二：节能控制柜配件统计.11 1 中央空调变频节能方案介绍 根据人人乐连锁超市深圳市学府店中央空调系统的现场勘察，数据的测量和采集，以及管理人员的系统描述和技术要求，制作了一份中央空调系统节能改造方案，该方案对中央空调系统的改造和维护很方便，成本、性价比高，具有很好的兼容性和扩展性，全方位系统优化和协调运行，实现系统节能。 1.1 变频节能原理 变频节能原理：由流体传输设备（水泵/风机）的工作原理可知：水泵/风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）。变频器节能的效果是十分显著的，这种节能回报是看到见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备，通过（图1）可以直观的看出在流量变化时只要对转速/频率稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变，就因此特点使得变频调速装置成为一种趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。 根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。 图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗功率差。 图1：风机水泵节能曲线图中央空调系统的最佳运行和节能，必须从冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、末端风柜、新风系统等各个环节进行综合考虑，使整个系统协调运行。 1.2 中央空调节能空间 中央空调系统在设计工况下运行，其运行效率较高。然而，由于各种原因，空调系统大多数时间都是在偏离理想工况的状态下运行，使得实际运行效率降低，系统能耗增加。 中央空调节能改造前，存在以下几个方面的能量浪费： 1.2.1 设计余量 中央空调设备容量往往较最大负荷留有10-20%余量，由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调热负荷在绝大部分时间内远比设计负荷低。 1.2.2 末端的负荷变化 中央空调系统长时间处于不断变化的、远低于额定负荷的状态下运行，运行效率很低。如果利用高质量的控制系统对空调系统进行优化，使其运行参数能够实时跟踪负荷的变化作出调整，保证其运行状态符合空调高效运行状态曲线，就能够大大提高空调系统的运行效率，从而有效减少能耗。 1.2.3 水泵和风机定流量控制方式 中央空调辅机系统（冷冻水泵、冷却水泵）均采用定流量控制方式，系统的循环水量保持定值不变，不会随负荷的变化而调整。风柜电机采用定风量控制方式，系统的送风量也不会随负荷变化而调整。辅机系统当负荷较低时存在严重的能量浪费，同时因为辅机运行参数的不一定合理，导致主机更大的能量浪费。中央空调系统的最佳运行和节能，必须从冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、末端风柜、新风系统等各个环节进行综合考虑，使整个系统协调运行。 1.2 中央空调节能空间 中央空调系统在设计工况下运行，其运行效率较高。然而，由于各种原因，空调系统大多数时间都是在偏离理想工况的状态下运行，使得实际运行效率降低，系统能耗增加。 中央空调节能改造前，存在以下几个方面的能量浪费： 1.2.1 设计余量 中央空调设备容量往往较最大负荷留有10-20%余量，由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调热负荷在绝大部分时间内远比设计负荷低。 1.2.2 末端的负荷变化 中央空调系统长时间处于不断变化的、远低于额定负荷的状态下运行，运行效率很低。如果利用高质量的控制系统对空调系统进行优化，使其运行参数能够实时跟踪负荷的变化作出调整，保证其运行状态符合空调高效运行状态曲线，就能够大大提高空调系统的运行效率，从而有效减少能耗。 1.2.3 水泵和风机定流量控制方式 中央空调辅机系统（冷冻水泵、冷却水泵）均采用定流量控制方式，系统的循环水量保持定值不变，不会随负荷的变化而调整。风柜电机采用定风量控制方式，系统的送风量也不会随负荷变化而调整。辅机系统当负荷较低时存在严重的能量浪费，同时因为辅机运行参数的不一定合理，导致主机更大的能量浪费。2 中央空调水泵变频控制 据人人乐深圳学府店现场勘查及设计要求,为保证系统的可靠性、先进性、合理性及操作的方便，冷冻泵及冷却泵变频器均采用温差闭环PID控制，由系统根据负载的变化自动调整变频器运行频率。 水泵变频控制方案-温差闭环PID调节控制（最佳输出能量控制） 2.1 冷冻泵、冷却泵主回路设计 由于人人乐学府店中央空调系统的冷冻/冷却水泵是一备二用，根据商场使用环境和条件，一般会常开1#水泵或2#水泵运行，而3#水泵一般很少启动运行。所以在配置变频器时冷冻或冷却机组各选购2台KOC矢量变频器进行节能控制。1#冷冻/冷却水泵采用一拖一变频器控制设计，2#和3#冷冻/冷却水泵采用一拖二变频器控制设计，如下图2所示。通过温差控制器检测管道水温温差自动投入备用泵，确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。 图2：冷冻泵、冷却泵主回路设计图 2.2 冷冻水泵控制电路设计 本方案对冷冻水泵电机采用温差控制，在冷冻水管出水管和回水分别安装温度传感器，用专用温度双绞屏蔽线将温度信号传输至温差控制器，温差控制器经过与事先设定的温度值（一般为5）进行比较计算后，将控制指令以010V的电压信号传输到变频器的模拟量输入端，变频器根据信号的大小，实时调节频率的输出，冷冻泵出水和回水温差小于设定温差时，变频器输出频率无级下调；冷冻泵出水和回水温差大于设定温差时，变频器的输出频率无级上调。以满足商场温度处于设定的温度值，提高商场的舒适度，控制原理如下图3所示。 图3：冷冻水泵控制方案图 2.3 冷却水泵控制电路设计 本方案对冷却水泵采取温差控制，变频方式下冷却水泵电机的频率是由安装在冷却水系统出水和回水主管上的温度传感器检测冷却水出水温度和回水温度，再经由温差控制器计算温差并与设定的温差（一般为5）比较来控制变频器的频率增减，采用正向控制方式即：冷却水进水与出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，变频器的输出频率无级上调，加大冷却水的循环量；反之温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，变频器输出频率无级下调，减小冷却水的循环量，以节约电能，控制原理如下图4所示 图4：冷却水泵控制方案图 3 中央空调末端风柜变频控制 随着生活水平的提高，人们已开始关注生活与工作环境的舒适性。大型公共建筑(如商场、宾馆、影剧院等)均设置有中央空调系统，而大多数中央空调的运行，绝大部分末端风机采用开/关控制方式，难以满足人们对舒适感的要求。采用变频调速技术不仅能使车间室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，可使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是能带来很好的经济效益。 3.1 风机变频主回路设计 由于人人乐学府店中央空调末端风柜安装地点较为分散，所以需要在每个风柜旁装一台变频控制柜,变频电路设计采用一拖一控制每台风柜电机。电路设计与冷冻泵、冷却泵主回路设计一样。 3.2 风柜变频控制电路设计 选择内置PID软件模块的KOC矢量节能器。利用在风柜回风口或现场安装的温度传感器，实时采集现场的温度，变送器将温度信号转变成420mA电信号送入变频器，变频器通过对输入信号进行PID调节，实现温差闭环控制，使商场温度恒定在设定温度，如下图5所示。给出一个变频信号给变频器，变频器根据接收到的变频信号，相应地调节输出到风柜电机的电压和频率。室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果。 图五：风柜变频控制电路3.3 风柜节能改造前后比较风柜改造前1，机械温度效果不明显；2，比例阀性能不稳定；3，无法实现温度闭环自动控制；4，风机长期处于满速运行，风机用久了易产生机械噪音和电能浪费。风机改造后1，用电器调温，温度精度高，响应速度快，调温动态性能好；2，风机经常不处于满转速运行，机械损耗小，风机的噪音可降低；3，实现了软启动，软停机，消除了电机启动时对电网的冲击；4，实现了温度闭环控制，风机的用电量下降。4 节能设备选型 4.1 变频器的选用 根据多年的节能改造经验，在中央空调节能改造项目中，采用我司蓝海华腾变频器，现提供二种选型方案： 1、 KOC 高性能无速度传感器矢量节能控制柜 可实现变频与工频自动切换，结构精简，维护方便，高性价比；人体工程学设计，操作舒适，环境适应能力强，防护等级高。 2、 KOC 高性能无速度传感器矢量控制型变频器 无速度传感器矢量控制下电机四象限运行，转矩，电流，转速和直流母线电压快速响应，电机稳定运行，适合变转矩/重载应用。 4.1.1 科创力源变频器具备如下特点 质量可靠，故障率低、维护成本低； 该设备内置滤波器和电抗器，兼容性好（通过UL、CUL、CE等多项认证）； RS485/232通讯串口，有很好的兼容性和系统扩展功能； 过流、过压、缺相、短路、瞬间掉电等多种自动保护功能； 内置PID功能，可接受多种给定、反遗信号； 超静音优化设计，降低电机噪声； 节电率高，性价比高； 设计使用寿命10年以上，是其它国产变频器设计寿命的1.5倍； 4.2 温差控制器的选用 为与PLC配套的温度采集模块或,温度控制模块（独立控制），并且通过触摸屏显示设定温度。采样精度达3，控制精度1.5度误差,直接驱动固态继电器t调功输出。 4.3 温度传感器的选用 末端风机采用高精度温度测量，采用1%的NTC传感器监测商场温度；冷冻、冷却泵采用高精度、高寿命、防爆型的温度传感器对管网进行监测，以保证系统正常运行在要求的温度范围内。 5 中央空调系统进行变频改造的优点 1、电机实现软起动：电流从OA到额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击； 2、减少机械磨损：电机软起动转速从0开始缓慢升速，可以有效减少水泵或风机的机械磨损； 3、使用寿命长：变频器是高性能的电力电子设备，具有较强的电机保护功能，能延长系统的各部件使用寿命； 4、舒适感好：使室温维持恒定，让人感到舒适；